[发明专利]环境不确定遥感卫星网络下的智能资源联合调度方法

说明书

本发明公开了一种环境不确定遥感卫星网络下的智能资源联合调度方法，解决了在时变且不可测网络环境下遥感卫星传输性能优化问题。实现包括：建立环境不确定遥感卫星网络模型；产生环境参数数据；初始化所需参数；指导卫星功率分配；网络状态预转移；指导卫星功率预分配；网络参数更新判断；更新网络状态、动作和当前时隙数；得到网络参数为多维资源调度提供指导。本发明通过软件仿真获得一定规模、参数下的网络环境参数数据并定义六维特征函数，结合权重向量线性近似动作价值函数。本发明解决了网络状态空间连续问题，也避免了参数更新的过度估计，适应未来处于动态随机变化环境下的遥感卫星网络，并为网规网优提供指导。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，主要涉及遥感卫星网络资源联合调度，具体是一种环境不定遥感卫星网络下的智能动态资源联合调度方法，可用于在时变且不可测环境中的遥感卫星网络。

背景技术

相较于陆地通信网络，卫星网络具有通信距离远、通信质量高、通信服务不受地理条件限制和自然灾害影响等优点。近年来，随着人们对高时效、高精度、高效用遥感数据需求的激增，国家不断加大对卫星遥感服务的投入与建设，遥感卫星网络愈发体现出对社会经济发展的价值、同国家经济发展战略的紧密联系以及巨大的发展潜力。目前，它已广泛应用于农业估产、生态环境监测、气象预报、防灾减灾等诸多方面，和我们的生活息息相关。遥感卫星网络由遥感卫星、中继卫星和地面站组成。其中，遥感数据由遥感卫星获取，在中继卫星的协助下，直接或间接地发往地面站。资源是遥感卫星网络运转的基础，资源调度将直接影响其传输性能，所以对多维资源联合调度方法的研究意义重大。

由于卫星的轨道运动特性，遥感卫星周期性的出现在地球的阴阳面。在地球阳面时，有太阳能供给，受到太阳能帆板损耗、电离子辐射等影响，供给量是随机且不可预测的。在地球阴面时，无太阳能供给，只能通过星载电池供能。与此同时，遥感卫星在其正常工作期内，为了维持系统正常运转以及执行任务，存在常规静态耗能和资源调度导向的动态能耗(包括任务的获取以及发送)。此外，由于不同轨道特性各异，遥感卫星网络的拓扑结构也是另一时变因素，严重影响任务的传输。综上，如何设计高效的多维资源联合调度方法，从而优化网络长期的性能，是亟待研究的重要问题。

针对资源调度方法的研究众多，主要可分为静态和动态两类。静态算法要求在任务传输前就获知服务时间内的全部未知环境数据，包括太阳能量到达、信道条件等，进而基于全局规划，解决资源调度问题。动态算法不要求预知数据，可根据是否依赖统计特征进一步分为两种。第一种包括D.Zhou等作者在IEEE Wireless Communications Letters上发表的“Mission QoS and Satellite Service Lifetime Tradeoff in Remote SensingSatellite Networks”中提出的BIBM算法，该算法联合任务获取、处理、发送三个方面，以状态转移概率模型为基础，解决资源调度问题。第二种包括A.Ortiz等作者在2016IEEEInternational Conference on Communications,Kuala Lumpur上发表的“Reinforcementlearning for energy harvesting point-to-point communications”中提到的Approximate SARSA算法，该算法摆脱确知统计特征的限制，仅通过因果数据得到最佳资源调度策略。

上述提到的两种方法基本覆盖了资源调度方法的研究现状。其中，静态算法过于理想化，其非因果性导致无法适用于遥感卫星网络。由于遥感卫星网络没有固定的确定的统计特征，因此第一种动态算法同样不适用。第二种动态算法可用于解决遥感卫星网络的资源调度问题，但目前的研究多集中于普通能量收集系统，而没有考虑到遥感卫星网络任务流程和其所处环境的特殊性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足和局限性，设计一种不依赖于确定统计特征，适用于环境不确定遥感卫星网络所处环境及其资源调度场景的智能多维资源联合调度方法。